遥感图像上下文自适应编码硬件系统研究

发布时间：2017-06-07 12:10

  本文关键词：遥感图像上下文自适应编码硬件系统研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着光电传感器技术的发展,遥感图像的分辨率越来越大,给有限的传输带宽和储存空间带来了巨大压力。因此,遥感图像的压缩技术成为卫星遥感研究中一个非常关键的技术。本文的主要工作是设计针对遥感图像的高性能全硬件压缩编码器,实现基于上下文的自适应无损(近无损)图像编码(CALIC)。CALIC按照光栅扫描的顺序对图像进行连续处理,只需缓存当前编码行的前两行数据,其软解码压缩效果与JPEG2000相当,但编码端具有更低的计算复杂度,易于硬件实现。因此在遥感图像编码中,针对CALIC的硬件实现显得尤为重要。本文设计了多层控制单元,并通过有限状态机(FSM)产生不同的使能信号对各功能模块进行平稳控制。采用三组先入先出队列(FIFO)的组合有效地解决了串行数据转并行数据的需求。调用同步双端口RAM的IP核来实现统计数据的快速读取和保存。设计了八级流水线实现CALIC的预测编码部分,提高了编码速度,并通过多种使能信号的合理组合解决了流水线中数据传输次序的问题。其中调用除法器IP核来实现CALIC中的除法运算,缩短了设计时间,提高了效率。最后将多种编码模式进行了高效复用,有效减小了电路规模。通过在Xilinx公司的ISE Design Suite 14.6开发软件下进行仿真分析,表明本文设计的CALIC硬件编码器在Virtex-6 XC6VSX315T芯片上能够达到106MHz的时钟频率。所设计的图像压缩编码器与基于Virtex-6 XC6VSX315T的现场可编程门阵列(FPGA)开发板上的外设端口相连,能够完成遥感图像的压缩任务。CALIC硬件编码器能够达到每14个时钟周期处理一个像素的处理速度,因此每秒能够完成28帧512×512的遥感图像压缩任务。
【关键词】：图像压缩 CALIC 算数编码 FPGA
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP751
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 符号对照表10-11
• 缩略语对照表11-14
• 第一章 绪论14-20
• 1.1 研究背景和意义14-15
• 1.2 图像压缩编码技术介绍15-17
• 1.3 遥感图像压缩国内外研究现状17-18
• 1.4 主要研究工作18
• 1.5 内容安排18-20
• 第二章 基于上下文的自适应无损图像编码20-36
• 2.1 CALIC原理简介20-21
• 2.2 CALIC具体实现21-33
• 2.2.1 自适应梯度预测22-25
• 2.2.2 上下文选择和量化25
• 2.2.3 预测误差的上下文建模25-30
• 2.2.4 预测误差的熵编码30-33
• 2.3 CALIC压缩性能分析33-36
• 2.3.1 CALIC与JPEG2000算法性能比较33-34
• 2.3.2 CALIC算法不同压缩比下的性能比较34-36
• 第三章 CALIC编码器的硬件设计36-54
• 3.1 CALIC编码器的架构设计36-37
• 3.2 数据预处理实现37-38
• 3.3 CALIC编码流水实现38-43
• 3.4 特殊点编码实现43-44
• 3.5 状态控制实现44-47
• 3.6 算术编码器的实现47-53
• 3.6.1 算数编码器技术要点47-49
• 3.6.2 算数编码器流水实现49-53
• 3.7 本章小结53-54
• 第四章 CALIC的系统验证、综合与性能分析54-66
• 4.1 FPGA开发设计流程54-55
• 4.2 基于FPGA的设计验证55-58
• 4.2.1 开发工具55-56
• 4.2.2 硬件平台56-58
• 4.3 CALIC编码器的验证方法58-61
• 4.3.1 CALIC编码器模块级验证58-61
• 4.3.2 系统级联合验证61
• 4.4 硬件压缩性能分析61-64
• 4.5 本章小结64-66
• 第五章 总结与展望66-68
• 5.1 总结66
• 5.2 展望66-68
• 参考文献68-70
• 致谢70-72
• 作者简介72-73

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